(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上のゲート電極と、
前記ゲート電極及び露出された前記基板上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上で、前記ゲート電極と対向する位置にあるＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体からなる酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の両側から、前記ゲート絶縁膜上に延びるソース及びドレインと、を含み、
前記酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほど、Ｈｆの濃度（原子百分率）が高まることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体層のＨｆの濃度が、９〜１５ａｔｏｍ％（原子百分率）（Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である）の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁膜上の第１層、及び前記第１層上の第２層からなり、前記第２層のＨｆ濃度が、前記第１層のＨｆ濃度よりさらに高いことを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記第１層のＨｆが３〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有し、前記第２層のＨｆが４〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有することを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほど、Ｚｎの濃度が高まることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁膜上の第１層、及び前記第１層上の第２層からなり、前記第２層のＺｎの濃度が、前記第１層のＺｎの濃度よりさらに高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記酸化物半導体層は、非晶質であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記酸化物半導体層は、結晶質であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記基板は、シリコン、ガラスまたはプラスチックから形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記ゲート電極はＴｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物から形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜は、その上にＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５またはそれらの組み合わせから形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記基板と前記ゲート電極との間に、バッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
前記酸化物半導体層上に、エッチング停止層をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１４】
基板上にゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート電極及び露出された前記基板上に、ゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上に、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層を形成する段階と、
前記酸化物半導体層の両側から、前記ゲート絶縁膜上に延びるソース及びドレインを形成する段階と、を含み、
前記酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほどＨｆの濃度が高まるように、前記酸化物半導体層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記酸化物半導体層を形成する段階は、Ｈｆが９〜１５ａｔｏｍ％（原子百分率：Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である）の範囲にあるように、前記酸化物半導体層を形成することを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記酸化物半導体層を形成する段階は、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯの３つのターゲットにそれぞれパワーを印加し、コスパッタリングを実施することを特徴とする請求項１４または１５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁膜上の第１層、及び前記第１層上の第２層から形成され、前記第２層のＨｆ濃度が、前記第１層のＨｆ濃度よりさらに高いように形成されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記酸化物半導体の下端面からの距離が長くなるほどＺｎの濃度が高まるように、前記酸化物半導体層を形成することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁膜上の第１層、及び前記第１層上の第２層から形成され、前記第２層のＺｎ濃度が、前記第１層のＺｎ濃度よりさらに高いように形成されることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
第１電極、有機薄膜層、第２電極を含む有機電界発光素子と、
基板と、前記基板上のゲート電極と、前記ゲート電極及び露出された前記基板上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上で、前記ゲート電極と対向する位置に配置され、Ｈｆが９〜１５ａｔｏｍ％（原子百分率：Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である）の範囲となり、下端面からの距離が長くなるほどＨｆの濃度が高まるＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体からなる酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の両側から、前記ゲート絶縁膜上に延びるソース及びドレインと、を含む前記有機電界発光素子を制御するための薄膜トランジスタと、を含む有機電界発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法及び薄膜トランジスタを具備した有機電界発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、絶縁性支持基板上に、半導体薄膜を利用して作った特別の種類の電界効果トランジスタである。薄膜トランジスタは、電界効果トランジスタと同様に、ゲート（ｇａｔｅ）、ドレイン（ｄｒａｉｎ）、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）の三端子を有した素子であり、最も主要な機能は、スイッチング動作である。ゲートに印加する電圧を調節し、ソースとドレインとの間に流れる電流をオン（ｏｎ）またはオフ（ｏｆｆ）の状態にしてスイッチング動作を行う。薄膜トランジスタは、センサ、記憶素子、光素子などにも利用されるが、平板ディスプレイの画素スイッチング素子として主に利用される。
【０００３】
現在、ノート型パソコン（ＰＣ）、ＰＣモニタ、テレビジョン（ＴＶ）、モバイル機器のように、すでに商用化が進んでいる製品は、ほとんど非晶質シリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ）を使用している。非晶質シリコンは、原子配列が結晶のように規則的ではなく、短距離秩序はあるが、長距離秩序はないシリコンである。非晶質シリコンは、大面積蒸着が良好であり、低温でガラス基板上に容易に製作できるために、薄膜トランジスタに最も多用されている。しかし、ディスプレイの大型化及び高画質化の趨勢によって、素子の高性能が要求され、電子移動度が０．５〜１ｃｍ２／Ｖｓレベルである非晶質シリコン薄膜トランジスタより高い移動度を有する高性能薄膜トランジスタ及びその製造技術が要求されている。
【０００４】
多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴ）は、既存の非晶質シリコン薄膜トランジスタよりもはるかに高い性能を有する。多結晶シリコン薄膜トランジスタは、数十から数百ｃｍ２／Ｖｓの移動度を有するために、高い移動度を要求するデータ駆動回路や周辺回路などを基板内に内蔵させられ、トランジスタのチャンネルを小さくすることができるので、画面の開口率を大きくできるのである。また、駆動回路の内蔵によって、画素数の増加による駆動回路連結のための配線ピッチの限界がないので、高解像度が可能であり、駆動電圧と消費電力とを下げることができ、素子特性劣化の問題が非常に少ないという長所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国特許出願公開第２００８−００７６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、多結晶シリコン薄膜トランジスタを製作するためには、結晶化のための工程が複雑であり、追加コストを発生させる。そして、製造装備の限界や均一度不良のような技術的な問題によって、現在のところ、多結晶シリコン薄膜トランジスタを使用した大型基板の製造工程が実現されていない。
【０００７】
これにより、非晶質シリコン薄膜トランジスタの長所と、多結晶シリコン薄膜トランジスタの長所とをいずれも有した新たな薄膜トランジスタに係わる研究が活発に進められているが、代表的なものとして、酸化物半導体素子がある。
【０００８】
酸化物半導体素子は、ＺｎＯなどが属する結晶型酸化物半導体素子と、ＧＩＺＯ（ＧａＩｎＺｎＯ）などが属する非晶質酸化物半導体素子とに分けることができる。非晶質酸化物半導体素子は、低温工程で製作が可能であり、大面積化が容易であるという長所を有しており、高移動度の物質であって、多結晶シリコンのような非常に良好な電気的特性を有するので、酸化物半導体層を薄膜トランジスタのチャンネル領域に使用するための研究が進められている。酸化物半導体は、金属の最外郭電子のうち、方向による非等方性が最小であるｓ−オービタル波動関数のオーバーラップが、電子のバンド電荷輸送に寄与するために、非晶質薄膜である場合にも、１０ｃｍ２／Ｖｓ以上の高い移動度を有することができると知られている。
【０００９】
現在汎用されているＩｎＧａＺｎＯ酸化物半導体は、素子がプラズマや外部環境（水分や酸素など）に露出される場合、素子の特性が劣化するということが報告されている。酸化物半導体層を保護するために、酸化物半導体層上に、エッチング停止膜（ｅｔｃｈ  ｓｔｏｐ  ｌａｙｅｒ）を適用している。しかし、エッチング停止膜の形成工程条件によっても、素子の特性が深刻に劣化することがあり、素子特性が劣化しない工程条件の範囲が制限的であるために、酸化物半導体の根本的な変化が必要である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、酸化物半導体薄膜トランジスタの電気的特性と安定性とを向上させた酸化物半導体薄膜トランジスタ、その製造方法及びこれを具備した有機電界発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板、前記基板上のゲート電極、前記ゲート電極及び前記基板上のゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上で、前記ゲート電極と対向する位置にありつつ、Ｈｆが９〜１５ａｔｏｍ％（原子百分率：Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である）の範囲にあるＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体からなる酸化物半導体層、及び前記酸化物半導体層の両側から、前記ゲート絶縁膜上に延びるソース及びドレインを含む薄膜トランジスタが提供される。
【００１２】
前記酸化物半導体層で、下端面からの距離が長くなるほどＨｆの濃度が高まりうる。または、前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁膜上の第１層、及び前記第１層上の第２層からなり、前記第２層のＨｆ濃度が、前記第１層のＨｆ濃度よりさらに高くありうる。
【００１３】
あるいはまた、前記酸化物半導体層で、下端面からの距離が長くなるほどＺｎの濃度が高まりうる。または、前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁膜上の第１層、及び前記第１層上の第２層からなり、前記第１層のＺｎ濃度が、前記第２層のＺｎ濃度よりさらに高くありうる。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極及び前記基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に、Ｈｆが９〜１５ａｔｏｍ％（原子百分率：Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である）の範囲にあるＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層を形成し、前記酸化物半導体層の両側から、前記ゲート絶縁膜上に延びるソース及びドレインを形成する薄膜トランジスタの製造方法が提供される。
【００１５】
前記酸化物半導体層を形成する段階は、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯの３つのターゲットにそれぞれパワーを印加し、コスパッタリング（ｃｏ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を実施できる。前記ターゲットに印加されるパワーを調節することによって、前記酸化物半導体層のＨｆまたはＺｎの濃度を勾配あるように形成できる。
【００１６】
酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほどＨｆの濃度が高まるように、前記酸化物半導体層を形成できる。選択的には、酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほど、すなわち、前記ゲート絶縁膜から遠ざかるほどＺｎの濃度が高まるように、前記酸化物半導体層を形成できる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、前記酸化物半導体を含む薄膜トランジスタを具備した有機電界発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層中のＨｆ濃度またはＺｎの濃度に勾配を持たせることによって、チャンネル層の電気的特性を高く維持しつつ、酸化物半導体層の外部環境に露出される部分の強度を高め、素子の安定性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタの構造を示した断面図である。
【図２】本発明の他の一実施例による酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタの構造を示した断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図４Ａ】本発明の他の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図４Ｂ】本発明の他の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図４Ｃ】本発明の他の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図４Ｄ】本発明の他の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法を説明するために、工程順に図示した断面図である。
【図５】ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体（Ｚｎ／Ｉｎ＜１）内のＨｆの濃度による薄膜トランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。
【図６】ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体（Ｚｎ／Ｉｎ＝１）内のＨｆの濃度による薄膜トランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。
【図７】Ｚｎ／Ｉｎ＞１である場合に、Ｈｆの濃度によるＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタの特性及び安定性値を図示したグラフである。
【図８】Ｚｎ／Ｉｎ＝１である場合に、Ｈｆの濃度によるＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタの特性及び安定性値を図示したグラフである。
【図９】本発明の一実施例による薄膜トランジスタを具備した有機電界発光素子について説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
本明細書で、「ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体」は、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＯの組成比が変わりうるＨｆ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＯを含む酸化物半導体を意味する。本明細書で、Ｈｆ及びＺｎの濃度を示すａｔｏｍ％は、原子百分率であり、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である。
【００２２】
図１は、本発明の実施例による酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構造を示した断面図である。
【００２３】
図１の酸化物半導体薄膜トランジスタ１０は、基板１１上に形成されたゲート電極１３、ゲート電極１３と露出された基板１１との上に形成されたゲート絶縁膜１５、ゲート絶縁膜１５を挟んでゲート電極１３と対向する酸化物半導体層１７、酸化物半導体層１７の上面を露出させつつ、酸化物半導体層１７と接触するように、酸化物半導体層１７の両側とゲート絶縁膜１５との上に形成されているソース及びドレイン１９を含む。酸化物半導体層１７は、チャンネル層を形成する。選択的には、基板１１と、ゲート電極１３及びゲート絶縁膜１５との間に、バッファ層（図示せず）が位置しうる。また選択的には、酸化物半導体層１７上に、エッチング停止層（図示せず）が位置しうる。
【００２４】
基板１１は、シリコン（Ｓｉ）、ガラスまたはプラスチックなどが使われうる。ゲート電極１３は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属、またはスズ酸化物（ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物（ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、インジウム酸化物（ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）のような伝導性酸化物でありうる。望ましくは、ＣｕまたはＭｏの単一金属層、Ｍｏ層を含む多重金属層、Ｔｉを含む金属層及びＣｒを含む金属層のうち、いずれか一つでありうる。
【００２５】
ゲート絶縁膜１５は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５のような誘電体または高誘電率誘電体、またはそれらの組み合わせからなりうる。
【００２６】
酸化物半導体層１７は、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体によって構成される。ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体は、非晶質または結晶質でありうる。本発明の一実施例で酸化物半導体層１７は、Ｈｆが９〜１５ａｔｏｍ％（原子百分率：Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎのａｔｏｍ％の和は、１００である）の範囲を有することができる。ここで、Ｈｆをこのような濃度範囲とすることで、酸化物半導体層１７内のキャリアの移動度が良好となる。また、Ｈｆの濃度が１５％を超えると、酸化物半導体層１７内のキャリアの移動度が低下し、素子のオン／オフが区別されなくなる。本発明の他の実施例で、ゲート絶縁膜１５と隣接するほどにＨｆの濃度が低くなり、ソース及びドレイン１９のパターンによって露出される上部層に行くほどに、Ｈｆの濃度が高まり、Ｈｆの濃度がＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層内で、漸進的な勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有することができる。すなわち、酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほど、Ｈｆの濃度が高まる。選択的にはこのとき、酸化物半導体層１７は、Ｈｆの濃度が９〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有することができる。ここで、原子百分率は、例えばＩＣＰ（ＩＮＤＵＣＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ）質量分析方法により測定される。
【００２７】
ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体でＨｆの濃度が上昇すれば、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体の構造を強くし、後続の薄膜形成工程やプラズマ工程など、外部環境に露出される場合に、欠陥が発生する問題が減り、従って薄膜トランジスタの安定性が向上する。一方、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体でＨｆの濃度が上昇すれば、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体の電子の移動度が低下して電気的な特性が低下する傾向がある。
【００２８】
従って、酸化物半導体層１７で、ゲート絶縁膜１５と隣接してチャンネルを形成する部分に行くほどに、電子の移動度を高め、素子の性能を向上させるように、Ｈｆの濃度を低くし、外部環境に露出される上部層に行くほどに、素子の安定性を高めるように、Ｈｆの濃度を高くすることができる。
【００２９】
本発明の他の一実施例で、酸化物半導体層１７は、ゲート絶縁膜１５と隣接するほどにＺｎの濃度が低くなり、ソース及びドレイン１９のパターンによって露出される上部層に行くほどに、Ｚｎの濃度が高まり、Ｚｎの濃度がＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１７内で、勾配を有することができる。すなわち、酸化物半導体層の下端面からの距離が長くなるほど、Ｚｎの濃度が高まる。選択的にはこのとき、酸化物半導体層１７は、Ｚｎの濃度が９〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有することができる。
【００３０】
Ｈｆの場合と同様に、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体で、Ｚｎの濃度が上昇すれば、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体の構造を強くし、後続の薄膜形成工程やプラズマ工程など、外部環境によって欠陥が発生する問題が減り、従って薄膜トランジスタの安定性が向上する。一方、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体で、Ｚｎの濃度が上昇すれば、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体の電子の移動度が低下する傾向がある。
【００３１】
従って、Ｈｆの場合と同様に、酸化物半導体層１７で、ゲート絶縁膜１５と隣接してチャンネルを形成する部分に行くほどに、電子の移動度を高め、素子の性能を向上させるように、Ｚｎの濃度を低くし、外部環境に露出される上部層に行くほどに、素子の安定性を高めるように、Ｚｎの濃度を高くすることができる。
【００３２】
ソース及びドレイン１９は、ゲート電極と同様に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物でありうる。望ましくは、ＣｕまたはＭｏの単一金属層、Ｍｏ層を含む多重金属層、Ｔｉを含む金属層及びＣｒを含む金属層のうち、いずれか一つでありうる。
【００３３】
図２は、本発明の他の一実施例による酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタの構造を示した断面図である。図２の薄膜トランジスタは、酸化物半導体層が二重層（ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ）によって形成されることを除いては、図１の薄膜トランジスタと同じ構造を有する。
【００３４】
すなわち、図２の酸化物半導体薄膜トランジスタ２０は、基板２１上に形成されたゲート電極２３、ゲート電極２３と露出された基板２１との上に形成されたゲート絶縁膜２５、ゲート絶縁膜２５を挟んでゲート電極２３と対向する酸化物半導体層２７、酸化物半導体層２７の上面を露出させつつ、酸化物半導体層２７と接触するように、酸化物半導体層２７の両側とゲート絶縁膜２５との上に形成されているソース及びドレイン２９を含む。
【００３５】
酸化物半導体層２７は、ゲート絶縁膜２５上の第１酸化物半導体層２７ａ、及び第１酸化物半導体層２７ａ上の第２酸化物半導体層２７ｂによって構成される。選択的には、基板２１と、ゲート電極２３及びゲート絶縁膜２５との間に、バッファ層（図示せず）が位置しうる。また選択的には、酸化物半導体層２７上に、エッチング停止層（図示せず）が位置しうる。
【００３６】
基板２１は、シリコン（Ｓｉ）、ガラスまたはプラスチックなどが使われうる。ゲート電極２３は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物でありうる。望ましくは、ＣｕまたはＭｏの単一金属層、Ｍｏ層を含む多重金属層、Ｔｉを含む金属層及びＣｒを含む金属層のうち、いずれか一つでありうる。
【００３７】
ゲート絶縁膜２５は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５のような誘電体または高誘電率誘電体、またはそれらの組み合わせによって形成されうる。
【００３８】
第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂは、ＨｆＩｎＺｎＯ系によって構成され、第１酸化物半導体層２７ａのＨｆの濃度が、第２酸化物半導体層２７ｂより低くありうる。ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体は、非晶質または結晶質でありうる。選択的にはこのとき、前記第１酸化物半導体層２７ａのＨｆが３〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有し、前記第２酸化物半導体層２７ｂのＨｆが４〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有しうる。Ｈｆがこのような濃度範囲となることで、酸化物半導体層２７ａ、２７ｂ内のキャリアの移動度及び安定性が最も良好となる。本実施例では、酸化物半導体層２７が２層の層によって構成されるが、他の実施例では、酸化物半導体層２７が３層の層によって構成されもする。このとき、ゲート絶縁膜２５の真上の酸化物半導体層内のＨｆの濃度が最も低く、最も上部の酸化物半導体層内のＨｆの濃度が最も高く、中間の酸化物半導体層内のＨｆの濃度は、最も高い値と最も低い値との間の値を有することができる。
【００３９】
第１酸化物半導体層２７ａは、チャンネル層として作用し、第２酸化物半導体層２７ｂは、チャンネル層として作用できると共に、第１酸化物半導体層２７ａの保護層としても作用でき、素子の電気的な特性を低下させずに、素子の安定性を向上させることができる。
【００４０】
本発明の他の一実施例で、第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂは、ＨｆＩｎＺｎＯ系によって構成され、第１酸化物半導体層２７ａのＺｎの濃度が、第２酸化物半導体層２７ｂより低くありうる。選択的には、第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂとのＺｎの濃度は、９〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有することができる。また、酸化物半導体層２７は、３層の層によって構成されもし、このとき、ゲート絶縁膜２５の真上の酸化物半導体層内のＺｎの濃度が最も低く、最も上部の酸化物半導体層内のＺｎの濃度が最も高く、中間の酸化物半導体層内のＺｎの濃度は、最も高い値と最も低い値との間の値を有することができる。
【００４１】
ソース及びドレイン２９は、ゲート電極と同様に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物でありうる。望ましくは、ＣｕまたはＭｏの単一金属層、Ｍｏ層を含む多重金属層、Ｔｉを含む金属層及びＣｒを含む金属層のうち、いずれか一つでありうる。
【００４２】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法について説明するために、工程順に図示した断面図である。
【００４３】
図３Ａを参照すれば、基板１１上に、ゲート電極１３を形成する。基板１１は、シリコン、ガラスまたはプラスチックなどを使用できる。
【００４４】
基板１１上に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属層、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物層を形成し、パターニングしてゲート電極１３を形成する。選択的には、基板１１上に、バッファ層（図示せず）を形成した後、ゲート電極１３を形成することもできる。
【００４５】
図３Ｂを参照すれば、ゲート電極１３が形成された基板１１上に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５のような誘電体または高誘電率誘電体、またはそれらの組み合わせからなる薄膜によってゲート絶縁膜１５を形成する。
【００４６】
図３Ｃを参照すれば、ゲート絶縁膜１５上に、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層を形成してパターニングし、酸化物半導体層１７を形成する。このとき、ゲート絶縁膜１５と接する下部から上部へ行くほどＨｆの濃度が上昇する濃度勾配（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有するように、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層を形成する。
【００４７】
ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層は、スパッタチャンバ内で、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯの３個のターゲットにそれぞれパワーを印加し、コスパッタリング（ｃｏ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を実施して形成できる。ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体は、非晶質または結晶質でありうる。このとき、スパッタ時間によって、ターゲットのパワーを変化させることによって、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層の下部から上部へ行くほど、Ｈｆの濃度が上昇するように、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層内のＨｆの漸進的な濃度勾配を形成できる。このとき、Ｈｆの濃度は、９〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有することができる。
【００４８】
一方、本発明の他の実施例によって、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層を、ゲート絶縁膜１５と接する下部から上部へ行くほど、Ｚｎの濃度が上昇する濃度勾配を有するように、形成できる。Ｚｎの濃度勾配も、スパッタ時間によって、ターゲットのパワーを変化させることによって得られる。選択的には、Ｚｎの濃度は、９〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有するように形成できる。
【００４９】
ＨｆまたはＺｎの濃度勾配を有する酸化物半導体層２７によって、エッチング阻止層（停止層）を使用しない場合、薄膜トランジスタ形成工程を単純にすることができる。
【００５０】
選択的には、酸化物半導体層１７上に、絶縁膜でエッチング停止層（図示せず）を形成することもできる。
【００５１】
図３Ｄを参照すれば、酸化物半導体層１７及びゲート絶縁膜１５上に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属層、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物層を形成する。前記金属層または前記伝導性酸化物層をパターニングし、酸化物半導体層１７の両側から、ゲート絶縁層１５に延長されるソース及びドレイン１９を形成する。
【００５２】
図４Ａないし図４Ｄは、本発明の他の一実施例による薄膜トランジスタの製造方法について説明するために、工程順に図示した断面図である。図４Ａないし図４Ｄの薄膜トランジスタの製造方法は、酸化物半導体層を二重層として形成することを除いては、図３Ａないし図３Ｄの薄膜トランジスタの製造方法と同じである。
【００５３】
図４Ａを参照すれば、基板２１上に、ゲート電極２３を形成する。基板２１は、シリコン、ガラスまたはプラスチックなどを使用できる。
【００５４】
基板２１上に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属層、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物層を形成し、パターニングしてゲート電極２３を形成する。選択的には、基板１１上に、バッファ層（図示せず）を形成した後、ゲート電極１３を形成することもできる。
【００５５】
図４Ｂを参照すれば、ゲート電極２３が形成された基板２１上に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５のような誘電体または高誘電率誘電体、またはそれらの組み合わせからなる薄膜によって、ゲート絶縁膜２５を形成する。
【００５６】
図４Ｃを参照すれば、ゲート絶縁膜２５上に、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層を形成してパターニングし、酸化物半導体層２７を形成する。このとき、ＨｆＩｎＺｎＯ系の酸化物半導体層２７は、ゲート絶縁膜２５の真上の第１酸化物半導体層２７ａと、第１酸化物半導体層２７ａ上の第２酸化物半導体層２７ｂとの２層によって形成する。第２酸化物半導体層２７ｂのＨｆ濃度が、第１酸化物半導体層２７ａのＨｆ濃度よりさらに高いように、第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂとを形成する。
【００５７】
第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂは、それぞれ別途の組成を有するターゲットを使用して形成できる。すなわち、第１酸化物半導体層２７ａは、Ｈｆの濃度が低いＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体製作用のターゲットを使用し、第２酸化物半導体層２７ｂは、Ｈｆの濃度が高いＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体製作用のターゲットを使用して形成できる。第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂは、非晶質または結晶質でありうる。
【００５８】
第２酸化物半導体層２７ｂによって、エッチング阻止層を使用しない場合、薄膜トランジスタ形成工程を単純にすることができる。一方、選択的には、第２酸化物半導体層２７ｂ上に、エッチング停止層（図示せず）を形成することもできる。
【００５９】
また、Ｈｆ濃度の異なった３個のターゲットを使用し、酸化物半導体層２７を３層の層として形成できる。このとき、ゲート絶縁膜２５の真上の酸化物半導体層内のＨｆの濃度は最も低く、最も上部の酸化物半導体層内のＨｆの濃度は最も高く、中間の酸化物半導体層内のＨｆの濃度は、最も高い値と最も低い値との間の値を有するように形成できる。
【００６０】
一方、本発明の他の実施例によって、第２酸化物半導体層２７ｂのＺｎ濃度が、第１酸化物半導体層２７ａのＺｎ濃度よりさらに高いように、第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂとを形成できる。このとき、第１酸化物半導体層２７ａは、Ｚｎの濃度が低いＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体製作用のターゲットを使用し、第２酸化物半導体層２７ｂは、Ｚｎの濃度が高いＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体製作用のターゲットを使用して形成できる。また、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層２７を、Ｚｎの濃度の異なった３層の層として形成することもできる。このとき、ゲート絶縁膜２５に隣接した層のＺｎの濃度は最も低く、上部層のＺｎの濃度は最も高く形成できる。選択的には、第１酸化物半導体層２７ａと第２酸化物半導体層２７ｂとのＺｎの濃度は、９〜１５ａｔｏｍ％の範囲を有することができる。
【００６１】
図４Ｄを参照すれば、酸化物半導体層２７及びゲート絶縁膜２５上に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗまたはそれらの合金のような金属層、またはスズ酸化物、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＯ、ＡＺＯのような伝導性酸化物層を形成する。前記金属層または前記伝導性酸化物層をパターニングし、酸化物半導体層２７の両側からゲート絶縁層２５に延長されるソース及びドレイン２９を形成する。
【００６２】
図９は、本発明の一実施例による薄膜トランジスタを具備した有機電界発光素子について説明するための断面図である。
【００６３】
図９を参照すれば、有機電界発光素子３００は、アノード電極１３１、カソード電極１３７、及びアノード電極１３１とカソード電極１３７との間に形成された有機薄膜層１３５からなる。有機薄膜層１３５は、正孔輸送層、有機発光層及び電子輸送層が積層された構造によって形成され、正孔注入層及び電子注入層がさらに含まれうる。
【００６４】
有機電界発光素子３００の動作を制御するための薄膜トランジスタ１００は、本発明のＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタによって形成されている。薄膜トランジスタ１００は、基板１１１上のゲート電極１１３、ゲート絶縁膜１１５を挟んでゲート電極１１３上に形成されたＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１１７、及びＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１１７の両側に形成されているソース及びドレイン１１９を含む。
【００６５】
ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１１７は、Ｈｆの濃度がＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１１７の下部から上部へ行くほど上昇しうる。選択的には、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１１７は、上部層のＨｆの濃度が下部層のＨｆの濃度よりさらに高く形成された積層構造によって形成されうる。
【００６６】
あるいはまた、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層１１７が、上部のＺｎの濃度が下部のＺｎの濃度よりさらに高いＺｎの濃度勾配を有したり、上部層のＺｎの濃度が下部層のＺｎの濃度よりさらに高く形成された積層構造を有することができる。
【００６７】
ソース及びドレイン１１９のうち一つに、アノード電極１３１が電気的に連結されている。一方、有機電界発光素子は、信号を維持するためのキャパシタをさらに含むことができる。
【００６８】
なお、参照番号１２１は、層間絶縁膜であり、参照番号１３３は、画素定義膜である。
【００６９】
［ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体ＴＦＴの特性及び安定性測定］
ガラス基板上に、Ｍｏで１，０００Å厚に、幅／長さが１５０／１，０００ｎｍであるゲート電極を形成した後、基板及びゲート電極上に、ＳｉＮｘ／ＳｉＯｘを４００／８００Å厚に形成し、ゲート絶縁膜を形成した。そして、ゲート絶縁膜上に、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層を３００〜５００Å厚に形成した。ここで、ここで、０＜ｘ≦２となる。
【００７０】
ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層は、スパッタチャンバ内で、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯの３つのターゲットにそれぞれパワーを印加し、コスパッタリングを実施して形成し、パターニングした。
【００７１】
次に、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層上に、Ｉｎ２Ｏ３を１，０００Å厚に形成した後でパターニングし、酸化物半導体層の両側から基板に延長されるソース及びドレインを形成した。
【００７２】
ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層の形成時、ターゲットに印加するパワーを調節し、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層内のＺｎ対Ｉｎの原子比率及びＨｆの濃度（原子百分率）を変化させた。異なるＺｎ対Ｉｎの原子比率及びＨｆの濃度を有する酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタに対して電気的な特性を測定した。
【００７３】
図５及び図６は、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体内のＨｆの濃度を変化させ、薄膜トランジスタのドレイン電流（ＩＤＳ）対ゲート電圧（ＶＧＳ）を測定したグラフである。図５は、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体のＺｎ対Ｉｎの原子比率が１より小さい場合であり（Ｚｎ／Ｉｎ＜１）、図６は、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体のＺｎ対Ｉｎの原子比率が１である場合である（Ｚｎ／Ｉｎ＝１）。
【００７４】
図５を参照すれば、Ｚｎ／Ｉｎ＜１である場合に、Ｈｆの濃度（原子百分率）を５．０ａｔｏｍ％、７．８ａｔｏｍ％、１１．０ａｔｏｍ％及び１２．３ａｔｏｍ％に異ならせ、ドレイン電流（ＩＤＳ）対ゲート電圧（ＶＧＳ）を測定した。図５のグラフから、ＨｆＩｎＺｎＯ系内のＨｆの濃度が高いほど、同じドレイン電流（ＩＤＳ）に対してゲート電圧（ＶＧＳ）が上昇することが分かる。これは、Ｈｆの濃度が高まるほど、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体内の電子の移動度が低下することによって、同じドレイン電流（ＩＤＳ）のために、さらに大きいゲート電圧（ＶＧＳ）が要求されるためであることが分かる。
【００７５】
図６を参照すれば、Ｚｎ／Ｉｎ＝１である場合に、Ｈｆの濃度を５．０％、６．８％、９．８％及び１０．０％に異ならせ、ドレイン電流（ＩＤＳ）対ゲート電圧（ＶＧＳ）を測定した。図６のグラフから、図５のグラフと同様に、Ｈｆの濃度が高いほど、同じドレイン電流（ＩＤＳ）に対してゲート電圧（ＶＧＳ）が上昇することが分かる。
【００７６】
表１は、Ｚｎ／Ｉｎ＜１である場合に、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタの特性及び安定性を特定した結果であり、図７は、表１のＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタの特性及び安定性値を１つのグラフで示したものである。
【００７７】
【表１】
0005400019.tif 000002
【００７８】
表１及び図７から、Ｚｎ：Ｉｎは、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体内のＺｎ対Ｉｎの原子比率を示す。Ｈｆ（ａｔｏｍ％）は、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体内のＨｆの濃度（原子百分率）を示す。ＶＴＨ（スレショルド電圧）は、電流を流すことができるように、トランジスタ内にチャンネルが形成されるための最小電圧であり、移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）は、酸化物半導体内でのキャリアの平均的な速度である。Ｓ−ファクタ（Ｓ−ｆａｃｔｏｒ：ｓｕｂ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｓｗｉｎｇ）は、ゲート電圧に対するドレイン電流特性のグラフで、スイッチング素子として作動する区間での勾配の逆数値を示す。△Ｖは、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体がＤＣストレスを受ける前後のスレショルド電圧（ＶＴＨ）の変化幅である。ＤＣストレスは、１時間の間に±５Ｖのゲートバイアスを印加したときのＶｔｈ変化量（△Ｖｔｈ）である。
【００７９】
表１及び図７を参照すれば、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層内のＨｆの濃度が高くなるほど、スレショルド電圧（ＶＴＨ）が大きくなって移動度は小さくなり、Ｓ−ファクタが大きくなることから、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体層内のＨｆの濃度が高くなるほど、薄膜トランジスタの電気的特性が低下することが分かる。一方、Ｈｆの原子百分率が大きくなるほど、△Ｖの値が小さくなり、薄膜トランジスタの安定性が高くなることが分かる。なお、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｈｆの原子百分率は、分散した測定値の平均値（例えば算術平均値）である。これらの合計値は、測定誤差によって１００からわずかにずれるが、実質的には１００となる。
【００８０】
表２は、Ｚｎ／Ｉｎ＝１である場合に、ＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタの特性を特定した結果であり、図８は、表２のＨｆＩｎＺｎＯ系酸化物半導体薄膜トランジスタの特性及び安定性値を、１つのグラフで示したものである。
【００８１】
【表２】
0005400019.tif 000003
【００８２】
表２及び図８を参照すれば、Ｚｎ：Ｉｎ＜１の場合と同様に、Ｚｎ：Ｉｎ＝１の場合にも、Ｈｆの原子百分率が大きくなるほど、スレショルド電圧（ＶＴＨ）が大きくなって移動度は小さくなり、Ｓ−ファクタが大きくなって薄膜トランジスタの電気的特性が低下する一方、Ｈｆの濃度が高くなるほど、△Ｖの値が小さくなり、薄膜トランジスタの安定性が大きくなることが分かる。
【００８３】
すなわち、Ｚｎ対Ｉｎの比率がＺｎ＞Ｉｎ及びＺｎ＝Ｉｎである場合に、いずれもＨｆの濃度が高くなるほど、スレショルド電圧（ＶＴＨ）が大きくなって移動度は小さくなり、Ｓ−ファクタが大きくなって薄膜トランジスタの電気的特性が低下し、△Ｖの値が小さくなり、薄膜トランジスタの安定性は、向上するということが分かる。
【００８４】
一方、表１及び図７、並びに表２及び図８を比較すれば、類似したＨｆの濃度に対して、Ｚｎ対Ｉｎの原子比率がＺｎ＞Ｉｎである場合が、Ｚｎ＝Ｉｎである場合より、スレショルド電圧が低く、スレショルド電圧がＺｎ対Ｉｎの比率に依存する一方、移動度、Ｓ−ファクタ及び△Ｖは、Ｚｎ対Ｉｎの原子比率よりは、Ｈｆの原子百分率に依存するということが分かる。
【００８５】
表３に、Ｈｆの濃度が約３、４、９、１５となるデータを示す。
【００８６】
【表３】
0005400019.tif 000004
【００８７】
前述の本発明の実施例では、ボトムゲート（ｂｏｔｔｏｍ  ｇａｔｅ）構造を有する逆スタガード（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）型薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明したが、本発明はそれ以外にも、バトムゲート構造を有するコプレーナ（ｃｏｐｌａｎａｒ）型薄膜トランジスタにも、同一に適用されうる。
【００８８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８９】
１０，２０，１００        酸化物半導体薄膜トランジスタ
１１，２１，１１１        基板
１３，２３１１３        ゲート電極
１５，２５，１１５        ゲート絶縁膜
１７，１１７        酸化物半導体層
１９，２９，１１９        ソース及びドレイン
２７ａ        第１酸化物半導体層
２７ｂ        第２酸化物半導体層
１２１        層間絶縁膜
１３１        アノード電極
１３３        画素定義膜
１３５        有機薄膜層
１３７        カソード電極
３００        有機電界発光素子
【図１】
0005400019.tif 000005
【図２】
0005400019.tif 000006
【図３Ａ】
0005400019.tif 000007
【図３Ｂ】
0005400019.tif 000008
【図３Ｃ】
0005400019.tif 000009
【図３Ｄ】
0005400019.tif 000010
【図４Ａ】
0005400019.tif 000011
【図４Ｂ】
0005400019.tif 000012
【図４Ｃ】
0005400019.tif 000013
【図４Ｄ】
0005400019.tif 000014
【図５】
0005400019.tif 000015
【図６】
0005400019.tif 000016
【図７】
0005400019.tif 000017
【図８】
0005400019.tif 000018
【図９】
0005400019.tif 000019